JP3826829B2

JP3826829B2 - 膜ろ過を利用した水処理方法

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Publication number: JP3826829B2
Application number: JP2002109267A
Authority: JP
Inventors: 角川　　功明; 大和　　信大
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: JP2003300071A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水道、下水道、工業用水、各種廃水等の被処理水から膜処理によって汚濁物質を分離除去する際に、オゾンガス又はオゾン含有水を用いて所定時間毎に洗浄を行うようにした水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上水道、下水道、工業用水、各種廃水等の被処理水から汚濁物質を除去する方法として、膜ろ過を利用した水処理方法がよく知られている。この膜ろ過を用いた水処理においては、水処理運転の継続に伴い、膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰まり、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こり、ろ過性能が低下する問題がある。そのため、安定した処理水量が得られないか、もしくは安定した処理水量を得るために膜の薬品洗浄頻度を上げなければならないという問題があった。
【０００３】
これに関して、特開２０００−１０７７７７号には、被処理水にオゾンを供給すると共に、膜ろ過水中の溶存オゾン濃度を連続的に測定し、その測定値に基づいて、膜ろ過処理水中の溶存オゾン濃度が所定範囲内となるようにオゾン供給量を制御する方法が開示されており、これによって、膜の目詰まりを抑制できることが記載されている。
【０００４】
また、上記の膜処理性能低下を防止するために、オゾンガス又はオゾン含有水を用いて所定時間毎に物理的洗浄、例えば逆洗を行う水処理方法も提案されている。この方法によれば、オゾンを利用することにより、膜への付着物質をオゾンにより除去することが可能となり、膜性能の低下を防止することができる。
【０００５】
図３には、オゾンガス又はオゾン含有水を用いて逆洗を行うようにした従来の水処理装置の一例が示されている。
【０００６】
図３において、被処理水である原水１は、原水タンク２に流入した後、運転ポンプ３により原水供給弁４を通り、膜モジュール６へと供給される。ここで、ろ過流量は、流量センサー８の値が一定となるように運転ポンプ３をインバータ制御することにより調節される。図中５は膜入口圧力をモニターする圧力センサーである。
【０００７】
膜モジュール６でろ過された水は、ろ過水出口弁７、流量センサー８を通り、ろ過水タンク９へと貯留された後、処理水１０として次工程へと通水される。
【０００８】
ここで、ろ過水の一部は、膜モジュール６の洗浄を行うための逆洗水として使用されるため、ろ過水タンク９よりオゾン水生成塔１１へと送水される。オゾン水生成塔１１では、オゾン発生器１４より供給するオゾンガスを下部から供給することによりオゾン含有水が生成される。
【０００９】
このとき、オゾン発生器１４より供給されるオゾンガス量は、溶存オゾン濃度計１２の値が所定値となるように、オゾン量制御装置１３にて調整される。なお、オゾン水生成塔１１に吸収されなかったオゾンを含む排ガスは排オゾン処理設備１５にて処理された後、大気中に捨てられる。
【００１０】
この水処理装置の運転は、例えば以下のように行われる。
まず、流量センサー８からの信号により運転ポンプ３を制御して定流量ろ過を開始する。例えば１サイクルを３０分とした場合、上記の定流量ろ過を２８分間行う。
【００１１】
次に、運転ポンプ３を停止して、逆洗工程を開始する。上記のオゾン水生成塔１１で生成されたオゾン含有水は、逆洗ポンプ１６により逆洗水供給弁１７を通り、膜モジュール６の二次側より一次側へと１分間流されて、最終的に排水弁２０より排水されて逆洗が行われる。
【００１２】
そして、上記のオゾン含有水による逆洗後に、エアーコンプレッサー１８よりエアー供給弁１９を通り空気を供給するエアーバブリング工程（３０秒間）、及び、その後に原水供給弁４を開き、原水を膜モジュール６に通水し、膜モジュール６内の濃縮水を排水弁２０より排水するフラッシング工程（３０秒間）が行われ、物理洗浄工程が合計２分間行なわれる。
【００１３】
以上の定流量ろ過２８分間と、オゾン洗浄を含む物理洗浄２分間で３０分間の１サイクルが構成され、このサイクルが繰返される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−１０７７７７号公報に記載された方法においては、膜ろ過水中の溶存オゾン濃度を連続的に測定し、その測定値に基づいて、膜ろ過処理水中の溶存オゾン濃度が所定範囲内となるようにオゾン供給量を制御するようにしている。
【００１５】
また、図３に示される、オゾンガス又はオゾン含有水を用いて逆洗を行う水処理方法においても、逆洗水中の溶存オゾン濃度が常時所定値となるようにオゾン供給量を制御するようにしている。
【００１６】
このように、上記の従来技術においては、溶存オゾン濃度が一定、すなわち、膜へのオゾン供給量が常時一定であることから、原水の水質が悪化した場合には、洗浄に必要なオゾン供給量が不足してしまう。これによって、膜洗浄が不十分となり膜圧上昇が生じるという問題があった。
【００１７】
特に、図３に示されるような、オゾンガス又はオゾン水を用いて逆洗を行う水処理方法においては、オゾンの洗浄効果を見込んで、通常の膜ろ過流束よりも高いレベルで運転していることから、オゾン供給量が不足した場合には急激な膜圧の上昇が生じ易い。
【００１８】
また、溶存オゾン濃度による制御の場合、オゾン濃度計のドリフト等の測定誤差により、所定のオゾン量を供給しているつもりでも実際のオゾン供給量が少なくなり、やはり膜圧上昇が生じるという問題もあった。
【００１９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、洗浄に際して必要なオゾン量を可変的に供給し、これによって膜圧の上昇を抑制して、長期間にわたってろ過性能が低下することなく安定した水処理が可能な、膜ろ過を利用した水処理方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、被処理水から膜ろ過処理によって汚濁物質を除去する際に、膜ろ過処理を所定時間行った後、オゾンガス発生装置により発生するオゾンガスを供給し溶解させて形成したオゾン含有水を用いて膜の洗浄を行うというサイクルを繰り返す方法において、各サイクルにおける膜ろ過処理開始後、所定時間経過した後の膜入口圧力、又は膜入口圧力と出口圧力との差圧を測定し、次のサイクルのオゾンガス発生量が、前のサイクルのオゾンガス発生量に、測定された膜入口圧力と、予め設定された膜入口圧力との差分、又は測定された膜入口圧力と出口圧力との差圧と、予め設定された膜入口圧力と出口圧力の差圧との差分に応じて設定される増減倍率を乗じた値となるように、オゾン含有水生成のためのオゾンガス発生量を制御することを特徴とする膜ろ過を利用した水処理方法を提供するものである。
【００２１】
本発明によれば、膜入口圧力又は膜差圧の測定値を基にオゾン含有水生成のためのオゾンガス発生量を制御してオゾン供給量を調節するので、洗浄に際して必要なオゾン量をサイクル毎に可変的に供給することが可能となる。これによって、予測以上の膜圧の上昇を抑制することができるので、長期間にわたってろ過性能が低下することなく安定した水処理が可能となる。また、溶存オゾン濃度を監視する必要がないので、オゾン濃度計のドリフト等による測定誤差を考慮する必要がない。
【００２２】
本発明においては、前記オゾンガス発生装置のオゾンガス発生量の上限までは、前記オゾンガス発生量を制御し、前記オゾンガス発生量が上限に達した後は、洗浄時間又は前記オゾン含有水流量を調節することにより、前記洗浄時のオゾン供給量を調節することが好ましい。
【００２３】
これによれば、オゾンガス発生装置からのオゾン発生量が上限に達した場合であっても、洗浄時間又はオゾン含有水流量を増加させることによって膜洗浄のために必要とされるオゾン量を十分に供給できるので、より広範囲の水質変動に対応できる。
【００２４】
また、本発明においては、前記オゾン含有水を所定温度に維持して洗浄に用いることが好ましい。
【００２５】
すなわち、オゾン含有水による洗浄においては、水温によって溶存オゾン濃度が変動しやすいことから、水温変動が大きい原水においては膜の洗浄効果が変動して膜圧が上昇する虞れがある。そこで、洗浄に使用するオゾン含有水の水温を所定温度に維持することにより、オゾン含有水の溶存オゾン濃度を安定させ、膜圧の上昇を防止することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明による水処理方法を実施するための装置の一例が示されている。この装置は、基本的には、前記図３の装置と同様な構造をなしているので、図３の装置と実質的に同一部分には同符合を付して、その説明を省略することにする。
【００２７】
この水処理装置では、膜入口圧力の測定値に基いてオゾンガス発生量を調節するようにしている点が、図３の装置と異なっている。すなわち、逆洗水中の溶存オゾン濃度は一定ではなく、所定の膜入口圧力と、測定された膜入口圧力との差分に基いて変動する点が特徴となっている。
【００２８】
この水処理装置においては、被処理水である原水１は、原水タンク２から、運転ポンプ３により、原水供給弁４を通り、膜モジュール６へと供給される。ここで、膜モジュール６の手前には、膜入口圧力をモニターする圧力センサー５が配置されている。膜モジュール６でろ過された水は、ろ過水出口弁７、流量センサー８を通り、ろ過水タンク９へと貯留された後、処理水１０として次工程へと通水される。
【００２９】
一方、ろ過水の一部は、膜モジュール６の洗浄を行うための逆洗水として使用されるため、ろ過水タンク９よりオゾン水生成塔１１へと送水される。このオゾン水生成塔１１では、オゾン発生器１４より供給するオゾンガスを下部から供給することによりオゾン含有水が生成される。このように、この実施形態では、オゾン発生器１４より供給するオゾンガスを水に溶解させて得られるオゾン含有水を逆洗に使用する。
【００３１】
オゾン発生器１４は、オゾン量制御装置１３を介して、圧力センサー５に接続されている。そして、オゾン量制御装置１３は、圧力センサー５からの信号を受けて、次のサイクルにおけるオゾン発生量を決定し、オゾン発生器１４に制御信号を送って、オゾン発生量を調節するようになっている。
【００３２】
本発明において、オゾン供給量とは、洗浄工程の間に膜モジュール６に供給される全オゾン量を意味し、オゾンガス発生量とは、オゾン発生装置１４からの単位時間当りのオゾン発生量を意味する。
【００３３】
前記オゾン量制御装置１３での制御方法について、ろ過時間２８分、物理洗浄時間２分（逆洗工程１分＋エアーバブリング工程３０秒＋フラッシング工程３０秒）の合計３０分間を１サイクルとした場合を例に挙げて具体的に説明すると、まず、各サイクルにおける膜ろ過処理を開始してから所定時間、例えば５分経過した後に、オゾン量制御装置１３は、圧力センサー５で測定された膜入口圧力値を取り込む。
【００３４】
次に、測定された膜入口圧力と、予め設定された基準となる膜入口圧力との差分により、この時点から次のサイクルの膜ろ過処理開始５分後までのオゾン発生器１４の出力値を決定する。出力値は、例えば前回の出力値に増減倍率（％）を乗じることにより決定することができる。ここで、増減倍率（％）の値は、測定された膜入口圧力と基準となる膜入口圧力の差分により、処理プラントに応じて予め設定しておくことができる。その一例を表１に示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１によれば、測定された膜入口圧力から基準となる膜入口圧力を差し引いた値をＸとし、これを５段階に分けてオゾン発生器１４の前回の出力値を基準とした増減倍率（％）を設定している。
【００３７】
例えば、ｎ回目の膜ろ過処理開始５分後の膜入口圧力の測定値から、所定の膜入口圧力の差を引いた値が０．６ｋＰａであったとすると、この時点より次のサイクルの膜ろ過処理開始５分後までのオゾン発生器１４の出力は、前回の出力に対して１０５％となり、オゾン量制御装置１３によって、オゾン発生器１４からのオゾンガス発生量が１０５％に増加される。
【００３８】
ここで、測定される膜入口圧力としては、測定毎にばらつきがあることから、何回かの測定値の移動平均を求め制御してもよい。また、膜入口圧力は水温の影響を受けることから、その影響を小さくするために、水温により補正した値を用いて制御してもよい。
【００３９】
上記において、基準となる膜入口圧力としては、一定値であってもよく、計算値であってもよい。例えば、一定値としては、運転開始後の安定する膜入口圧力値や、上限膜入口圧力に安全率を乗じた値などを用いることができる。また、計算値としては、初期安定膜入口圧力に、上限膜入口圧力から初期安定膜入口圧力を差し引いた値を、目標とする連続運転期間で除した値に運転日数を乗じた値を随時追加していく値（計算値＝初期安定膜膜入口圧力＋運転日数×（上限膜入口圧力−初期安定膜入口圧力）／目標連続運転日数）などを用いることができる。
【００４０】
更に、基準となる膜入口圧力としては、前回測定された膜入口圧力を用いてもよく、この場合、測定されたｎ回目の膜入口圧力と、ｎ−１回目の測定膜入口圧力との差分から、膜入口圧力の上昇速度を求めて、この上昇速度に基づいてオゾンガス発生量を制御してもよい。
【００４１】
また、本発明において、次サイクルのオゾンガス発生量の制御を、膜モジュール６の１次側の圧力（膜入口圧力）と、２次側の圧力（膜出口側圧力）とを測定し、両者の膜差圧によって行うこともできる。すなわち、ろ過膜の目詰まりが多いほど上記膜差圧は大きくなるので、測定された膜差圧と、基準となる膜差圧との差等を求めて、その値によってオゾンガス発生量を制御してもよい。
【００４２】
上記の基準となる膜入口圧力及び膜差圧は、水質及び膜ろ過装置の運転条件により、適宜変更することができる。また、圧力センサー５からの取り込み時間も５分に限られず、ろ過開始後にろ過流量が安定した時間を適宜選択することができる。本発明において、膜ろ過処理を行い、所定の膜ろ過処理時間毎にろ過膜の逆洗を行う１サイクルにかける時間は、原水の水質によって適宜設定可能であるが、通常２０分〜６時間であることが好ましく、そのうちの物理洗浄時間は通常２分〜５分、物理洗浄時間中の逆洗工程は通常３０秒〜３分が好ましい。
【００４３】
本発明においては、原水１の水質の悪化等により、オゾン発生器１４からのオゾン発生量が上限に達しても、なお膜圧が所定値以上に高くなる場合がある。この場合には、逆洗時間を長くするか、又は洗浄水流量を増加させて、結果的にオゾン含有水の供給量を増加させることによって、膜モジュール６へのオゾン供給量を増加させることができる。
【００４４】
この場合、上記の増減倍率を乗じた値を洗浄時間に適用することにより洗浄時間が延長され、これによって、膜モジュール６の洗浄効果を高めて膜入口圧力が所定値よりも高くなるのを防止することができる。なお、この場合には洗浄時間の延長に相当する分、処理水１０の回収率が低下するので注意が必要となる。
【００４５】
なお、本発明においては、オゾン水生成塔１１で生成されるオゾン含有水を所定温度に維持する。オゾン含有水による洗浄においては水温によって溶存オゾン濃度が変動しやすいことから、水温変動が大きい原水においては膜の洗浄効果が変動して膜圧が上昇するおそれがある。そこで、物理洗浄に使用するオゾン含有水の水温を所定温度に維持することにより、オゾン含有水の溶存オゾン濃度を安定させ、膜圧の上昇を防止することができる。オゾン含有水の水温としては膜モジュールの耐熱温度以下であれば特に限定されないが、原水１の温度より高い温度に維持することが好ましい。
【００４６】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
【００４７】
実施例
図１に示したような膜ろ過システムを用い、本発明のオゾン洗浄を用いた膜ろ過水処理におけるオゾンガス発生制御方法でオゾンガス発生量を制御した場合の膜入口圧力の経時変化について測定した。その結果を図２に示す。
【００４８】
測定条件としては、１サイクルを３０分とし、運転サイクルは、ａ）ろ過２８分、ｂ）オゾン水逆洗１分、ｃ）エアーバブリング３０秒、ｄ）フラッシング３０秒の順で１サイクルを行ない、設定初期の水回収率９３％とした。
【００４９】
膜モジュールとしては、アルミナ製のセラミック膜で、公称孔径０．１μｍ、膜面積０．１２ｍ²のものを用い、膜ろ過流束は４ｍ³／（ｍ²・日）とした。
【００５０】
オゾン発生装置１４の制御条件としては、初期の溶存オゾン濃度は１０ｍｇ／Ｌとし、圧力センサー５からの膜圧の取り込みはサイクル開始５分後の測定値、増減倍率（％）の値としては表１の設定条件を用い、表１の所定値としては５０ｋＰａに設定して制御を行った。
【００５１】
なお、被処理水としては、運転開始後２４時間までは濁度約５の河川表流水を原水として用い、２４時間以降は、別途貯水していた高濁度時の原水を原水タンクに追加して、模擬的に濁度約３０の高濁度原水による運転を行った。なお、逆洗水水温は２０℃で一定になるように制御した。
【００５２】
比較例
図３に示したような膜ろ過システムを用い、オゾン量制御装置１３の制御を溶存オゾン濃度計１２によって、溶存オゾン濃度が常時１０ｍｇ／Ｌとなるように制御した以外は、実施例と同様の条件で、実施例と同様に膜入口圧力の経時変化について測定した。その結果を図２に示す。
【００５３】
図２は、実施例及び比較例における、膜入口圧力の経時変化について比較した結果を示す図であり、縦軸に膜圧（サイクル開始５分後の測定値）及び濁度、横軸に運転時間を示している。
【００５４】
図２によれば、比較例においては２４時間までは膜圧上昇は生じず、安定して運転できていたが、２４時間以降の高濁度原水の運転においては逆洗に必要なオゾン量が足りず、膜圧の上昇が激しくなっていることがわかる。
【００５５】
これに対して、実施例では、膜圧の上昇に応じてオゾン供給量が増加するため、膜圧の上昇を抑制できていることがわかる。また、運転開始４０時間後に溶存オゾン濃度を測定したところ１３ｍｇ／Ｌとなっており、実施例においては洗浄に必要なオゾン量が可変的に供給されていることがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、膜入口圧力又は膜差圧の測定値を基にオゾン含有水生成のためのオゾンガス発生量を制御してオゾン供給量を調節するので、洗浄に際して必要なオゾン量をサイクル毎に可変的に供給することが可能となる。これによって、予測以上の膜圧の上昇を抑制することができるので、長期間にわたってろ過性能が低下することなく安定した水処理が可能となる。また、過剰なオゾン注入を避けることができるので、運転コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水処理方法を実施するための装置の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例における膜入口圧力及び濁度の経時変化を示す図表である。
【図３】オゾンガス又はオゾン含有水を用いて逆洗を行うようにした従来の水処理装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１：原水
２：原水タンク
３：運転ポンプ
４：原水供給弁
５：圧力センサー
６：膜モジュール
７：ろ過水出口弁
８：流量センサー
９：ろ過水タンク
１０：処理水
１１：オゾン水生成塔
１２：溶存オゾン濃度計
１３：オゾン量制御装置
１４：オゾン発生器
１５：排オゾン処理設備
１６：逆洗ポンプ
１７：逆洗水供給弁
１８：エアーコンプレッサー
１９：エアー供給弁
２０：排水弁

Claims

被処理水から膜ろ過処理によって汚濁物質を除去する際に、膜ろ過処理を所定時間行った後、オゾンガス発生装置により発生するオゾンガスを供給し溶解させて形成したオゾン含有水を用いて膜の洗浄を行うというサイクルを繰り返す方法において、
各サイクルにおける膜ろ過処理開始後、所定時間経過した後の膜入口圧力、又は膜入口圧力と出口圧力との差圧を測定し、
次のサイクルのオゾンガス発生量が、前のサイクルのオゾンガス発生量に、測定された膜入口圧力と、予め設定された膜入口圧力との差分、又は測定された膜入口圧力と出口圧力との差圧と、予め設定された膜入口圧力と出口圧力の差圧との差分に応じて設定される増減倍率を乗じた値となるように、オゾン含有水生成のためのオゾンガス発生量を制御することを特徴とする膜ろ過を利用した水処理方法。
前記オゾンガス発生装置のオゾンガス発生量の上限までは、前記オゾンガス発生量を制御し、前記オゾンガス発生量が上限に達した後は、洗浄時間又は前記オゾン含有水流量を調節することにより、前記洗浄時のオゾン供給量を調節する請求項１記載の膜ろ過を利用した水処理方法。
前記オゾン含有水を所定温度に維持して洗浄に用いる請求項１又は２記載の膜ろ過を利用した水処理方法。